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类型自定义格式字符串

张子阳

发布于 2018-09-30 02:21:09

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文章被收录于专栏：分布式系统和大数据处理分布式系统和大数据处理

类型自定义格式字符串

2008-5-30 作者: 张子阳分类: .Net 框架

引言

String可能是使用最多的类型，ToString()则应该是大家使用得最多的方法了。然而它不应该仅仅是用来输出类型的名称，如果使用得当，它可以方便地输出我们对类型自定义的格式。本文将循序渐进地讨论ToString()，以及相关的IFormattable、IFormatProvider以及ICustomFormatter接口。

在类型内部提供自定义格式字符串的能力

继承自System.Object 基类的 ToString()

String是人们直接就可以看懂的数据类型之一，很多情况下我们都会期望能够获得类型的一个字符串输出。因此，Microsoft 在.Net Framework所有类型的基类System.Object中提供了一个虚拟的 ToString()方法，它的默认实现是返回对象的类型名称。

假设我们有这样的一个类型，它定义了“朋友”这一对象的一些信息：

namespace CustomToString
   public class Friend {
       private string familyName;    // 姓
       private string firstName;     // 名

       public Friend(string familyName, string firstName){
          this.familyName = familyName;
          this.firstName = firstName;
       }    
       public Friend(): this("张","子阳"){}

       public string FamilyName {
          get { return familyName; }
       }

       public string FirstName {
          get { return firstName; }
       }
   }
}

当我们在Friend的实例上调用 ToString()方法时，便会返回类型的名称：CustomToString.Friend。

Friend f = new Friend();
Console.WriteLine(f.ToString()); // 输出：CustomToString.Friend

覆盖 ToString() 方法

在上面的例子中，不管类型实例(对象)所包含的数据(字段值)是什么，它总是会返回相同的结果(CustomToString.Friend)。很多时候，返回一个对象的类型名称对我们来说没有多大的意义，拿上面来说，我们可能更加期望能够返回朋友的姓名(famliyName和firstName字段的值)。这时候，我们可以简单地覆盖System.Object基类的ToString()方法，在 Friend 类中添加如下方法：

// 覆盖System.Object基类的 ToString() 方法
public override string ToString() {
   return String.Format("Friend: {0}{1}", familyName, firstName);
}

此时，我们再次运行代码：

Friend f = new Friend();
Console.WriteLine(f.ToString());    // 输出：Friend: 张子阳
f = new Friend("王","涛");
Console.WriteLine(f.ToString()); // 输出：Friend: 王涛

可以看到对于不同的对象，ToString()根据对象的字段值返回了不同的结果，这样对我们来说会更加有意义。

重载 ToString() 方法

有时候，我们可能需要将对象按照不同的方式进行格式化。就拿Friend类型来说：西方人是名在前，姓在后；而中国人是姓在前，名在后。所以如果运行下面的代码，虽然程序不会出错，但从英语语法角度来看却有问题：

Friend a = new Friend("Zhang", "Jimmy");
Console.WriteLine(a.ToString());    // 输出：Friend: ZhangJimmy

而我们期望输出的是：Jimmy Zhang。这个时候，大家可以想一想想 .Net Framework 解决这个问题采用的方法：重载ToString()。让ToString()方法接收一个参数，根据这个参数来进行格式化。比如 int a = 123; Console.WriteLine(a.ToString("c"));指定了字符串"c"作为参数，产生货币类型的输出：￥123.00。我们也可以使用这种方式来改进Friend类，在Friend中重载一个 ToString() 方法，使之根据一个字符参数来定义其字符串格式化：

// 根据字符串参数来定义类型的格式化
public string ToString(string format) {
    switch (format.ToUpper()) {
       case "W":         // West: 西方
           return String.Format("Friend : {0} {1}", firstName, familyName);
       case "E":         // East: 东方
           return this.ToString();
       case "G":         // General 
       default:
           return base.ToString();
    }
}

然后我们在使用ToString()方法时可以使用重载的版本，对于英文名，我们传入"W"作为参数，这样就解决了上面的问题：

Friend f = new Friend();
Console.WriteLine(f.ToString());        // 输出：Friend: 张子阳

f = new Friend("Zhang", "Jimmy");
Console.WriteLine(f.ToString("W")); // 输出：Friend: Jimmy Zhang

这个问题更好的解决办法并非是重载ToString()，可以简单地使用属性来完成，比如这样：

public string WesternFullName{
    get{ return String.Format("{0} {1}", firstName, familyName)}
}
public string EasternFullName{
    get{ return String.Format("{0}{1}", familyName, firstName)}
}

在本文中，我在这里仅仅是举一个例子来说明，所以就先不去管使用属性这种方式了，后面也是一样。

实现 IFormattable 接口

我们站在类型设计者的角度来思考一下：我们为用户提供了Friend类，虽然重载的 ToString() 可以应对东方/西方的文化差异，但是用户的需求总是千变万化。比如说，用户是一名Web开发者，并且期望人名总是以加粗的方式显示，为了避免每次操作时都取出属性再进行格式化，他会希望只要在类型上应用ToString()就可以达到期望的效果，这样会更省事一些，比如：

Friend f = new Friend();
label1.Text = String.Format("<b>{0}{1}</b>", f.familyName, f.firstName);
// 这样会更加方便(用户期望)：
// label1.Text = f.ToString(***);

此时我们提供的格式化方法就没有办法实现了。对于不可预见的情况，我们希望能让用户自己来决定如何进行对象的字符串格式化。Microsoft显然想到了这一问题，并为我们提供了IFormattable接口。当你作为一名类型设计者，期望为你的用户提供自定义的格式化ToString()时，可以实现这个接口。我们现在来看一下这个接口的定义：

public interface IFormattable {
    string ToString(string format, IFormatProvider formatProvider);
}

它仅包含一个方法 ToString()：参数 format 与我们上一小节重载的ToString()方法中的 format 含义相同，用于根据参数值判断如何进行格式化；参数 formatProvider 是一个 IFormatProvider 类型，它的定义如下：

public interface IFormatProvider {
    object GetFormat(Type formatType);
}

其中 formatType 是当前对象的类型实例(还有一种可能是ICustomFormatter，后面有说明) －－Type对象。在本例中，我们是对Friend这一类型进行格式化，那么这个formatType 的值就相当于 typeof(Friend)，或者 f.GetType() (f为Friend类型的实例)。GetFormat()方法返回一个Object类型的对象，由这个对象进行格式化的实际操作，这个对象实现了 ICustomFormatter 接口，它只包含一个方法，Format()：

public interface ICustomFormatter{
    string Format(string format, object arg, IFormatProvider formatProvider);
}

其中 format 的含义与上面相同，arg 为欲进行格式化的类型实例，在这里是Friend的一个实例，formatProvider 这里通常不会用到。

看到这里你可能会感觉有点混乱，实际上，你只要记得：作为类型设计者，你只需要实现 IFormattable 接口就可以了：先通过参数provider的 IFormatProvider.GetFormat() 方法，得到一个 ICustomFormatter 对象，再进一步调用 ICustomFormatter 对象的 Format()方法，然后返回 Format() 方法的返回值：

public class Friend: IFormattable{
   // 略 ...

    // 实现 IFormattable 接口
    public string ToString(string format, IFormatProvider provider) {
       if (provider != null) {
           ICustomFormatter formatter =
              provider.GetFormat(this.GetType()) as ICustomFormatter;
           if (formatter != null)
              return formatter.Format(format, this, provider);
       }

       return this.ToString(format);
    }
}

上面需要注意的地方就是 IFormatProvider.GetFormat()方法将当前的Friend对象的类型信息(通过this.GetType())传递了进去。

类型设计者的工作在这里就完结了，现在让我们看下对于这个实现了IFormattable的类型，类型的用户该如何使用自己定义的方法对对象进行字符串格式化。作为类型的用户，为了能够实现对象的自定义格式字符串，需要实现 IFormatProvider 和 ICustomFormatter接口。此时有两种策略：

建立一个类，比如叫 FriendFormatter，这个类实现 IFormatProvider 和 ICustomFormatter 接口。
建立两个类，比如叫 ObjectFormatProvider 和 FriendFormatter，分别实现 IFormatProvider 和 ICustomFormatter 接口，并且让 ObjectFormatProvider 的 GetFormat()方法返回一个 FriendFormatter 的实例。

我们先来看看第一种策略：

public class FriendFormatter : IFormatProvider, ICustomFormatter {
    // 实现 IFormatProvider 接口，由 Friend类的 IFormattable.ToString()方法调用
    public object GetFormat(Type formatType) {
       if (formatType == typeof(Friend))
           return this;
       else
           return null;
    }

    // 实现 ICustomFormatter 接口
    public string Format(string format, object arg, IFormatProvider formatProvider) {
       //if (arg is IFormattable)
       //  return ((IFormattable)arg).ToString(format, formatProvider);

       Friend friend = arg as Friend;
       if (friend == null)
           return arg.ToString();

       switch (format.ToUpper()) {
           case "I":
             return String.Format("Friend: <i>{0}{1}<i>" ,friend.FamilyName, friend.FirstName);
           case "B":
             return String.Format("Friend: <b>{0}{1}<b>", friend.FamilyName, friend.FirstName);
           default:
              return arg.ToString();
       }
    }
}

结合上面的 ToString()方法一起来看，这里的流程非常清楚：使用这种方式时，GetFormat中的判断语句，if(formatType == typeof(Friend)) 确保 FriendFormatter 类只能应用于 Friend类型对象的格式化。随后，通过this关键字返回了当前 FriendFormatter 对象的引用。因为FriendFormatter也实现了 ICustomFormatter接口，所以在Friend类型的 IFormattable.ToString()方法中，能够将FriendFormater 转换为一个ICustomFormatter类型，接着调用了ICustomFormatter.Format()方法，返回了预期的效果。

注意上面注释掉的部分，可能是参考了MSDN的缘故吧，有些人在实现ICustomFormatt的时候，会加上那部分语句。实际上MSND范例中使用的一个Long类型，并且使用的是String.Format()的重载方法来进行自定义格式化，与这里不尽相同。当你屏蔽掉上面的注释时，很显然会形成一个无限循环。

我们现在来对上面的代码进行一下测试：

public class ObjectFormatProvider : IFormatProvider {
    // 实现 IFormatProvider 接口，由 Friend类的 ToString() 方法调用
    public object GetFormat(Type formatType) {
       if (formatType == typeof(Friend))
           return new FriendFormatter();//返回一个实现了ICustomFormatter的类型实例
       else
           return null;
    }
}

// 实现ICustomFormatter接口，总是为一个特定类型(比如Friend)提供格式化服务
public class FriendFormatter : ICustomFormatter {

    // 实现 ICustomFormatter 接口
    public string Format(string format, object arg, IFormatProvider formatProvider) {
       //if (arg is IFormattable)
       //  return ((IFormattable)arg).ToString(format, formatProvider);

       Friend friend = arg as Friend;
       if (friend == null)
           return arg.ToString();

       switch (format.ToUpper()) {
           case "I":
             return String.Format("Friend: <i>{0}{1}<i>", friend.FamilyName, friend.FirstName);
           case "B":
             return String.Format("Friend: <b>{0}{1}<b>", friend.FamilyName, friend.FirstName);
           default:
              return arg.ToString();
       }
    }
}

看上去和上面的方法几乎一样，区别不过是将一个类拆成了两个。实际上，拆分成两个类会更加的灵活：使用一个类实现两个接口的方式时，FriendFormatter 只能用来格式化 Friend类型。如果再有一个Book类，类似地，需要再创建一个 BookFormatter。

而将它拆分成两个类，只需要再创建一个类实现一遍 ICustomFormatter 接口，然后对ObjectFormatProvider做些许修改就可以了。此时Provider类可以视为一个通用类，可以为多种类型提供格式化服务。现在假设我们有一个Book类型，我们只需要这样修改一下 ObjectFormatProvider类就可以了：

public class ObjectFormatProvider : IFormatProvider {
    // 实现 IFormatProvider 接口，由 Friend类的 ToString() 方法调用
    public object GetFormat(Type formatType) {
       if (formatType == typeof(Friend))
           return new FriendFormatter();
       if (formatType == typeof(Book))
           return new BookFormatter();  // 返回一个BookFormatter对象
       else
           return null;
    }
}
// BookFormatter 类型省略 ...

在类型外部提供自定义格式字符串的能力

现在我们站在一个类型用户的角度来思考一下：很多时候，类型的设计者并没有为类型实现IFormattable接口，此时我们该如何处理呢？我们再思考一下.Net Framework中的处理方式：

int a = 123;
Console.WriteLine(a.ToString("c"));        // 输出: ￥123.00
Console.WriteLine(String.Format("{0:c}", a));  // 输出: ￥123.00

实际上，String.Format()还提供了一个重载方法，可以一个接收IFormatProvider对象，这个IFormatProvider由我们自己定义，来实现我们所需要的格式化效果。根据上面的对比，我们再做一个总结：为了实现类型的自定义格式字符串，我们总是需要实现IFormatProvider接口。如果类型实现了IFormattable接口，我们可以在类型上调用ToString()方法，传递IFormatProvider对象；如果类型没有实现IFormattable接口，我们可以通过String.Format()静态方法，传递IFormatProvider对象。

现在我们就来创建实现IFormatProvider接口的类型了，与上面的方式稍稍有些不同：通过Reflector工具(不知道的可以去百度一下)可以看到，调用 String.Format() 时内部会创建一个 StringBuilder类型的对象builder，然后调用 builder.AppendFormat(provider, format, args); 在这个方法内部，最终会调用provider的GetFormat()方法：

formatter = (ICustomFormatter) provider.GetFormat(typeof(ICustomFormatter));

可以看到，provider.GetFormat()传递了一个typeof(ICustomFormatter)对象。因此，如果要判断是不是在类型外部通过String.Format()这种方式来使用 IFormatProvider，只需要判断 formatType是不是等于 typeof(ICustomFormatter) 就可以了：

public class OutFriendFormatter : IFormatProvider, ICustomFormatter
{
    // 实现 IFormatProvider 接口，由 Friend类的 ToString() 方法调用
    public object GetFormat(Type formatType)
    {
       if (formatType == typeof(ICustomFormatter))   
           return this;
       else
           return null;
    }
    
    // 实现 ICustomFormatter 略    
}

我们再次对代码进行一下测试：

Friend f = new Friend();
OutFriendFormatter formatter = new OutFriendFormatter();
string output = String.Format(formatter, "{0:i}", f);
Console.WriteLine(output);      // Friend: <i>张子阳<i>

.Net 中实现IFormatProvider的一个例子

.Net 中使用 IFormatProvider 最常见的一个例子就是 CultureInfo 类了。很多时候，我们需要对金额进行格式化，此时我们通常都会这样：

int money = 100;
Console.WriteLine(String.Format("{0:c}", money));

我们期望这个输出的结果是￥100.00。然而情况并非总是如此，当你将这个程序运行于中文操作系统下时，的确会如你所愿得到￥100.00；而在英文操作系统下，你恐怕会得到一个 $100.00。这是因为在对数字以金额方式进行显示的时候，会依据当前系统的语言环境做出判断，如果你没有显示地指定语言环境，那么就会按照默认的语言环境来进行相应的显示。在.Net中，将语言环境进行封装的类是 CultureInfo，并且它实现了IFormatProvider，当我们需要明确指定金额的显示方式时，可以借助这个类来完成：

int money = 100;
IFormatProvider provider = new CultureInfo("zh-cn");
Console.WriteLine(String.Format(provider, "{0:c}", money));    // 输出：￥100.00

provider = new CultureInfo("en-us");
Console.WriteLine(String.Format(provider, "{0:c}", money));    // 输出：$100.00

总结

在这篇文章中，我较系统地讨论了如何对类型进行自定义格式化。我们通过各种方式达到了这个目的：覆盖ToString()、重载ToString()、实现 IFormatProvider接口。我们还讨论了实现IFormatProvider和ICustomFormatter的两种方式：创建一个类实现它们，或者各自实现为不同的类。

我想很多人在读这篇文章以前就会使用这些方法了，我在这里希望大家能够多进行一点思考，以一个.Net 框架设计者的角度来思考：为什么会设计出三个接口配合 String.Format()静态类来实现这一过程？这样设计提供了怎样的灵活性？从这篇文章中，我期望你收获更多的不是作为一个框架使用者如何去使用这些类型，而是作为一个框架设计者来设计出这样的类型结构。

感谢阅读，希望这篇文章能给你带来帮助！

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原始发表：2008-5-30，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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